Google i IBM w wyścigu o kamienie milowe w komputerach kwantowych

W kwietniu 2017 roku John Martinis z Google dał zespołowi czas do końca roku na zbudowanie chipa zdolnego do obliczeń poza zasięgiem klasycznych maszyn. W listopadzie IBM ogłosił prototyp procesora o 50 kubitach.

Martinis dołączył do Google pod koniec 2014 roku z University of California w Santa Barbara. W rozmowie z MIT Technology Review powiedział, że jego grupa licząca około 25 osób osiągnie „supremację kwantową” do końca 2017 roku. Eksperyment miał zestawić chip Google z jednym z największych superkomputerów na świecie. Projektowanie urządzeń o 30 do 50 kubitach było już w toku.

Chip opublikowany wtedy przez Google miał dziewięć kubitów ustawionych w linii. Najnowsze urządzenie, o którym pisał MIT Technology Review, miało tylko sześć kubitów, ale ułożonych w siatce 2x3. Martinis stwierdził, że to pokazuje, iż technologia działa, gdy kubity znajdują się obok siebie. Sześciokubitowy chip testował również metodę produkcji, w której kubity i okablowanie sterujące powstają na osobnych chipach, a następnie są łączone metodą bump bondingu.

„Ten proces w całości działa” – powiedział Martinis. „Teraz jesteśmy gotowi ruszyć szybko.”

Simon Gustavsson, główny badacz w grupie obliczeń kwantowych na MIT, powiedział MIT Technology Review, że Google jest jednym z liderów, a w tej dziedzinie „Google i IBM wypadają dość podobnie”. Chris Monroe, profesor University of Maryland i współzałożyciel start-upu IonQ, nazwał eksperyment z supremacją „kamieniem milowym o charakterze akademickim”. Dodał, że trudniejsza praca nad skalowalnością i programowalnością takich maszyn wciąż przed nami.

IBM jako pierwszy ogłasza 50 kubitów

10 listopada 2017 roku IBM poinformował, że jego naukowcy zbudowali i zmierzyli prototyp procesora o 50 kubitach. Dario Gil, kierujący działem badań IBM nad obliczeniami kwantowymi i sztuczną inteligencją, stwierdził, że po raz pierwszy jakakolwiek firma zbudowała komputer kwantowy w tej skali, jak podaje Associated Press. Seth Lloyd, profesor inżynierii mechanicznej na MIT, niezwiązany z badaniami, powiedział AP, że IBM prawdopodobnie ma jeszcze usterki do usunięcia, ale ogłoszenie jest sygnałem znaczącego postępu.

Miesiąc później, na konferencji Q2B w NASA Ames, Martinis zakwestionował sposób liczenia takich kamieni milowych. „Komunikaty prasowe zawsze mówią o wyścigu kwantowym w liczbie kubitów” – powiedział, według Gizmodo. „To więcej niż sama ilość, liczy się jakość kubitów.”

Gizmodo podało, że Google produkował wtedy urządzenie o 49 lub 50 kubitach i planował rozpocząć testy w ciągu dwóch tygodni. Martinis mówił, że wybrany problem musi być trudny, wymagać wielu wysokiej jakości kubitów i dawać się uogólnić na dowolny komputer kwantowy. Zespół miał splątać swoje kubity, pozwolić układowi ewoluować, a potem zmierzyć wyniki o tak złożonych prawdopodobieństwach, że klasyczna maszyna mogłaby potrzebować tygodni na symulację tego, co urządzenie kwantowe robi w kilka minut.

Na konferencji wystąpił też teoretyk z CalTech John Preskill, który opisał rodzącą się erę NISQ, czyli szumiących komputerów kwantowych średniej skali. Odporność na błędy, mówił, musi stale się poprawiać.

Tabela wyników znowu się zmienia

Do marca 2019 roku IBM przeniósł spór na zupełnie inną miarę. Na marcowym spotkaniu American Physical Society firma podała, że jej Q System One z 20-kubitowym procesorem osiągnął Quantum Volume 16, dwa razy więcej niż Quantum Volume 8 dla istniejącego systemu IBM Q, jak podał ZDNET.

IBM twierdzi, że Quantum Volume uwzględnia liczbę kubitów, łączność, czas koherencji, błędy bramek i pomiarów, przesłuchy między urządzeniami oraz wydajność kompilatora. Firma podała, że ta miara musi się podwajać co roku, by w ciągu najbliższej dekady osiągnąć przewagę kwantową, i że od 2017 roku co roku podwaja moc swoich komputerów kwantowych.